DE69902502T2

DE69902502T2 - Optical actuator for guiding an incident light beam onto a fixed surface located outside the actuator

Info

Publication number: DE69902502T2
Application number: DE69902502T
Authority: DE
Inventors: Pierre-Marcel Genequand
Original assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: EP0961151A1; FR2778989B1; EP0961151B1; DE69902502D1; FR2778989A1; US6115167A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied zum Führen eines Lichtstrahls, der auf eine feststehende Oberfläche außerhalb des Stellgliedes unter einem veränderlichen Einfallwinkel auftrifft.The present invention relates to an actuator for guiding a light beam that impinges on a fixed surface outside the actuator at a variable angle of incidence.

Ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, kann ein derartiges Stellglied beispielsweise für ein Analysegerät mit einer Zelle benötigt werden, in der sich eine zu analysierende biochemische Probe befindet, wobei die Messung mit Hilfe einer durch eine feststehende Pupille erfolgenden Beleuchtung mit einem Lichtstrahl erfolgen muss, der auf die Probe unter einem veränderlichen Winkel auftreffen muss. In einem derartigen Analysegerät befindet sich die Zelle an einer Stelle, die nicht von den den beweglichen Lichtstrahl erzeugenden und/oder führenden Mitteln versperrt werden darf. Außerdem soll die die Probe enthaltende Zelle ohne Interaktion mit der die Probe beleuchtenden Vorrichtung gehandhabt werden können.Without limiting the invention to this, such an actuator may be required, for example, for an analysis device with a cell in which there is a biochemical sample to be analyzed, the measurement having to be carried out by means of illumination through a fixed pupil with a light beam that must strike the sample at a variable angle. In such an analysis device, the cell is located in a place that must not be blocked by the means generating and/or guiding the moving light beam. In addition, the cell containing the sample should be able to be handled without interaction with the device illuminating the sample.

Die bekannten Vorrichtungen, mit denen sich ein Lichtstrahl unter einem veränderlichen Winkel ablenken lässt, sind für den oben genannten Zweck nicht geeignet.The known devices with which a light beam can be deflected at a variable angle are not suitable for the above-mentioned purpose.

Beispielsweise sind schwenkbare Spiegel bekannt, auf die ein Lichtstrahl gerichtet wird und die den Lichtstrahl unter einem Winkel reflektieren, der zweimal so groß ist wie der Winkel, unter dem er auf den Spiegel auftrifft. Indem man den Spiegel um eine in seiner eigenen Ebene angeordnete Achse schwenken lässt, kann man dem Lichtstrahl eine gegebenenfalls veränderliche Richtung in dynamisch oszillierender Weise aufprägen, wenn der Spiegel einer kontinuierlichen Hin- und Herbewegung ausgesetzt wird. Bei einer derartigen Anordnung befindet sich jedoch die Pupille, durch die der Lichtstrahl verläuft, notwendigerweise am Spiegel selbst. Somit lässt sie sich nicht bei einem Analysegerät, wie es oben beschrieben wurde, einsetzen, da der Spiegel der Analysezelle im Weg wäre und die Probe nicht in geeigneter Weise gehandhabt werden könnte.For example, pivoting mirrors are known onto which a light beam is directed and which reflect the light beam at an angle twice the angle at which it strikes the mirror. By pivoting the mirror about an axis arranged in its own plane, the light beam can be given a possibly changing direction in a dynamically oscillating manner when the mirror is subjected to a continuous back and forth movement. However, in such an arrangement the pupil through which the light beam passes is necessarily located on the mirror itself. Thus it cannot be used in an analytical device as described above because the mirror would be in the way of the analysis cell and the sample could not be handled properly.

Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist in der WO 97/48001 beschrieben.An example of such a device is described in WO 97/48001.

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Stellglied der oben angegebenen allgemeinen Gattung zu schaffen, mit dem sich die zweifache Forderung erfüllen lässt, und zwar, dass es an einer Stelle angeordnet werden kann, die von der Pupille entfernt ist, durch die der Lichtstrahl verlaufen muss, und dass es diese Stelle nicht versperrt.The invention aims to provide an actuator of the general type indicated above which satisfies the twofold requirement that it can be arranged at a point remote from the pupil through which the light beam must pass and that it does not obstruct that point.

Die vorliegende Erfindung hat somit zum Gegenstand: ein Stellglied zum Richten eines von einer Lichtquelle kommenden Lichtstrahls auf eine in einem vorgegebenen Bereich des Raumes angeordnete Pupille unter einem veränderlichen Einfallwinkel mit:The present invention therefore relates to an actuator for directing a light beam coming from a light source onto a pupil arranged in a given area of space at a variable angle of incidence, with:

- einer ortsfesten Basis- a fixed base

- Abstützmitteln, die bezüglich dieser Basis beweglich gelagert sind,- Supporting means which are movably mounted with respect to this base,

- optischen Mitteln zum Lenken des Lichtstrahls, die auf der Bahn desselben zwischen der Lichtquelle und der Pupille angeordnet sind und von den Abstützmitteln getragen werden, und- optical means for directing the light beam, arranged on the path of the same between the light source and the pupil and carried by the support means, and

- Motormitteln, die mit den Abstützmitteln verbunden sind, um die letzteren in gesteuerter Weise zu verstellen,- motor means connected to the support means for adjusting the latter in a controlled manner,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

dass die Basis und die beweglichen Abstützmittel untereinander mittels mindestens eines Paares flexibler Lamellen verbunden sind, die miteinander eine im wesentlichen ebene Fassung bilden, welche eine allgemeine Ebene definiert,that the base and the movable support means are connected to one another by means of at least one pair of flexible blades which together form a substantially flat frame defining a general plane,

dass die flexiblen Lamellen des besagten Paares zu zwei Achsen ausgerichtet sind, die ausgehend von der Basis in einem in der besagten Ebene angeordneten Schnittpunkt zusammenlaufen, wobei die Lamellen mit den Abstützmitteln an zwei entsprechenden Zwischenpunkten zwischen der Basis und dem Schnittpunkt der besagten Achsen verbunden sind, undthat the flexible blades of said pair are aligned with two axes which converge from the base at an intersection point located in said plane, the blades being connected to the support means at two corresponding intermediate points between the base and the intersection point of said axes, and

dass die Lenkmittel so ausgebildet sind, dass sie den Lichtstrahl durch Verstellen der Abstützmittel in veränderlicher Weise in eine zu der Ebene der Fassung parallele Ebene ablenken.that the steering means are designed in such a way that they deflect the light beam into a plane parallel to the plane of the frame by adjusting the support means in a variable manner.

Aufgrund dieser Merkmale kann die Pupille mit dem Lichtstrahl unter einem veränderlichen Winkel durch Einwirken auf die Abstützmittel beleuchtet werden, wobei die Gesamtheit des Stellgliedes von dem Bereich im Raum entfernt sein kann, in dem der Lichtstrahl seine Wirkung entfaltet, ohne diesen Raum zu versperren.These features allow the pupil to be illuminated with the light beam at a variable angle by acting on the support means, whereby the entire actuator can be remote from the area in space in which the light beam exerts its effect, without obstructing that space.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Lamellenpaar mit der Basis und den Abstützmitteln ein Viereck in der allgemeinen Ebene der Fassung definiert, wobei diese leicht aus einem gießfähigen Material gefertigt oder in einfacher Weise durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden kann. Das Viereck kann ein Trapez oder gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ein gleichschenkeliges Trapez sein.Advantageously, the pair of blades defines with the base and the support means a quadrilateral in the general plane of the frame, which can be easily made of a castable material or easily machined. The quadrilateral can be a trapezoid or According to a particularly advantageous embodiment, it can be an isosceles trapezoid.

Eine Anordnung, die sich bequem realisieren und in die Praxis umsetzen lässt, weist optische Lenkmittel auf, die von einem Spiegel gebildet werden, der an der von den Abstützmitteln getragenen Fassung angebracht und in einer Ebene senkrecht zu der allgemeinen Ebene der Fassung ausgerichtet ist.An arrangement which can be easily implemented and put into practice comprises optical steering means formed by a mirror mounted on the frame carried by the support means and oriented in a plane perpendicular to the general plane of the frame.

Die Abstützmittel können einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der die beiden Enden der Lamellen miteinander verbindet, während der Spiegel an einem Ansatz angebracht ist, der mit dem Verbindungsabschnitt integral ausgebildet ist und sich zwischen den Lamellen in Richtung der Basis erstreckt.The support means may comprise a connecting portion connecting the two ends of the slats together, while the mirror is mounted on a lug which is integral with the connecting portion and extends between the slats towards the base.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, mit der sich bei minimalem Platzbedarf ein besonders großer Beleuchtungswinkel der Pupille erzielen lässt, weist flexible Lamellen auf, die ein Paar erster Lamellen und ein Paar zweiter flexibler Lamellen bilden, die ebenfalls in der Ebene der Fassung angeordnet sind und deren Achsen durch den Schnittpunkt der ersten flexiblen Lamellen verlaufen, wobei diese zweiten Lamellen mit den Abstützmitteln verbunden sind und ausgehend von diesen in Richtung der Basis verlaufen, wo sie untereinander durch eine bewegliche Traverse verbunden sind, mit denen die optischen Lenkmittel und die Motormittel integral verbunden sind.A particularly advantageous embodiment, which allows a particularly large illumination angle of the pupil to be achieved with a minimum of space, has flexible blades forming a pair of first blades and a pair of second flexible blades, which are also arranged in the plane of the frame and whose axes pass through the intersection point of the first flexible blades, these second blades being connected to the support means and extending from them towards the base, where they are connected to one another by a movable crossbar to which the optical steering means and the motor means are integrally connected.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die eine beträchtliche Flexibilität in der Konstruktion des Stellgliedes gemäß der Erfindung bietet, ist dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Lenkmittel eine Lichtführung wie eine optische Faser aufweisen, deren ein Ende mit der Lichtquelle verbunden ist und deren anderes Ende an den Abstützmitteln ausgerichtet zu einer konvergenten Linse festgelegt ist, und dass das andere Ende der Lichtführung und die Linse eine optische Achse definieren, die in der Ebene der Fassung so angeordnet ist, dass sie zu der Pupille ausgerichtet ist.According to a further advantageous embodiment, which offers considerable flexibility in the design of the actuator according to the invention, it is characterized in that the optical directing means comprise a light guide such as an optical fiber, one end of which is connected to the light source and the other end of which is fixed to the support means in alignment with a convergent lens, and that the other end of the light guide and the lens define an optical axis arranged in the plane of the mount in such a way that it is aligned with the pupil.

Die Verwendung einer Lichtführung für den Lichtstrahl im Stellglied ermöglicht auch den Bau eines Stellgliedes, in dem die Pupille ausgehend von Punkten beleuchtet werden kann, die räumlich auf einem kugelförmigen Abschnitt verteilt sind.The use of a light guide for the light beam in the actuator also enables the construction of an actuator in which the pupil can be illuminated from points that are spatially distributed on a spherical section.

Somit hat gemäß einer anderen Ausführungsform die Erfindung zum Gegenstand: ein Stellglied zum Richten eines von einer Lichtquelle kommenden Lichtstrahls auf eine in einem vorgegebenen Bereich des Raumes angeordnete Pupille unter einem veränderlichen Einfallwinkel, mit:Thus, according to another embodiment, the invention relates to an actuator for directing a light beam coming from a light source on a pupil arranged in a given area of space at a variable angle of incidence, with:

- einer ortsfesten Basis,- a fixed base,

dadurch gekennzeichnet, dass:characterized in that:

die Basis und die beweglichen Abstützmittel untereinander mittels vier flexibler Lamellen verbunden sind, die zu vier Achsen ausgerichtet sind, welche an den Seitenkanten einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche angeordnet sind, an deren Spitze die Pupille angeordnet ist, wobei die Lamellen mit den Abstützmitteln an vier entsprechenden Zwischenpunkten zwischen der Basis und der Spitze der Pyramide verbunden sind, undthe base and the movable support means are connected to one another by means of four flexible slats aligned along four axes arranged on the lateral edges of a pyramid with a square base, at the top of which the pupil is arranged, the slats being connected to the support means at four corresponding intermediate points between the base and the top of the pyramid, and

dass es aufweist:that it has:

optische Lenkmittel mit einer Lichtführung wie einer optischen Faser, deren eines Ende mit der Lichtquelle verbunden ist und deren anderes Ende an den Abstützmitteln ausgerichtet zu einer konvergenten Linse befestigt ist, wobei das besagte andere Ende der Lichtführung und die Linse eine optische Achse definieren, die in der Ebene der Fassung ausgerichtet zu der Pupille angeordnet ist, derart, dass die Lenkmittel längs eine sphärischen Abschnitts verstellbar sind.optical directing means comprising a light guide such as an optical fibre, one end of which is connected to the light source and the other end of which is attached to the support means aligned with a convergent lens, said other end of the light guide and the lens defining an optical axis arranged in the plane of the mount aligned with the pupil, such that the directing means are adjustable along a spherical section.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die lediglich beispielhaft gegeben wird und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, given by way of example only, with reference to the accompanying drawings in which:

- die Fig. 1 in schematischer Weise eine Vorderansicht eines Stellgliedes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;- Figure 1 shows schematically a front view of an actuator according to a first embodiment of the invention;

- die Fig. 2 ein geometrisches Diagramm ist, das die Konzeption des Stellgliedes der Fig. 1 veranschaulicht;- Figure 2 is a geometric diagram illustrating the conception of the actuator of Figure 1;

- die Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;- Figure 3 is a perspective view of another embodiment of the invention;

- die Fig. 4 und 5 in vereinfachter Weise den Aufbau der Fassungen der Stellglieder zeigen, die in den Fig. 1 bzw. 3 dargestellt sind;- Figures 4 and 5 show in a simplified manner the structure of the housings of the actuators shown in Figures 1 and 3 respectively;

- die Fig. 6 ein Prinzipschema einer Ausführungsform ist, bei der der auftreffende Lichtstrahl von einer optischen Faser abgegeben wird, dessen Ende mit dem Stellglied fest verbunden ist;- Figure 6 is a schematic diagram of an embodiment in which the incident light beam is emitted by an optical fibre, the end of which is fixedly connected to the actuator;

- die Fig. 7 eine Variante der Erfindung darstellt, bei der die Lenkmittel längs zweier senkrechter Richtungen gesteuert werden können.- Figure 7 shows a variant of the invention in which the steering means can be controlled along two vertical directions.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform des Stellgliedes der Erfindung dient beispielsweise dazu, einen von einer Lichtquelle S kommenden Lichtstrahl F auf einen Bereich R im Raum, genauer gesagt, auf eine Zielpupille P dieses Bereiches im Raum, zu richten. Das Stellglied ermöglicht es, den Lichtstrahl F auf die Zielpupille P unter einem veränderlichen Einfallwinkel α zu lenken, und zwar vorzugsweise auf kontinuierlich regelbare oder dynamisch veränderliche Weise. In der Figur ist von dem Lichtstrahl F lediglich der zentrale Einzelstrahl dargestellt, der auf den zentralen Punkt der Zielpupille P auftrifft.The embodiment of the actuator of the invention shown schematically in Fig. 1 serves, for example, to direct a light beam F coming from a light source S to an area R in space, more precisely to a target pupil P of this area in space. The actuator makes it possible to direct the light beam F to the target pupil P at a variable angle of incidence α, preferably in a continuously adjustable or dynamically variable manner. In the figure, only the central individual beam of the light beam F is shown, which strikes the central point of the target pupil P.

Zu Veranschaulichungszwecken ist eine Anwendung, die für die Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, besonders geeignet ist, eine Anwendung, bei der eine biochemische Analysezelle in dem Bereich R angeordnet ist, wobei der Analyseort in der Zone entsprechend der Zielpupille P liegt und die Analyse eine Beleuchtung mit dem Lichtstrahl F unter einem Winkel erfordert, der variiert werden kann oder zumindest verstellbar ist. Insbesondere kann eine derartige Zelle ein Diffraktionsnetz aufweisen, auf dem die zu analysierende biologische Probe angeordnet ist. Da die biochemische Analysezelle keinen Teil der Erfindung bildet, ist sie weder dargestellt noch beschrieben. Die Lichtquelle 5 kann beispielsweise ein Halbleiter-Laser sein.For illustrative purposes, an application particularly suitable for the invention as shown in Fig. 1 is an application in which a biochemical analysis cell is arranged in the region R, the analysis location being in the zone corresponding to the target pupil P and the analysis requiring illumination with the light beam F at an angle that can be varied or at least adjustable. In particular, such a cell may comprise a diffraction grid on which the biological sample to be analyzed is arranged. Since the biochemical analysis cell does not form part of the invention, it is neither shown nor described. The light source 5 may, for example, be a semiconductor laser.

Es ist zu beachten, dass die Lage des Stellgliedes gemäß der Erfindung im Raum nicht für seine Funktionsweise bestimmend ist; die in den Figuren dargestellte Lage ist somit lediglich rein willkürlich.It should be noted that the position of the actuator according to the invention in space is not decisive for its functioning; the position shown in the figures is therefore purely arbitrary.

Das eigentliche Stellglied weist eine Basis 1 auf, die mit einem größeren Rahmen B (angedeutet durch strichpunktierte Linien) fest verbunden sein kann, auf dem sämtliche Komponenten der Messvorrichtung, zu denen das Stellglied gehört, angebracht sind. Im vorliegenden Fall ist angenommen, dass die Basis in einen Schlitz eingesetzt ist, der in dem Rahmen B vorgesehen ist.The actual actuator has a base 1 which can be firmly connected to a larger frame B (indicated by dot-dash lines) on which all the components of the measuring device to which the actuator belongs are mounted. In the present case, it is assumed that the base is inserted into a slot provided in the frame B.

Die Basis 1 bildet einen Teil einer Fassung 2, die die allgemeine Form einer Platte hat, deren allgemeine Ebene Q der Zeichnungsebene der Fig. 1 entspricht.The base 1 forms part of a frame 2 which has the general shape of a plate whose general plane Q corresponds to the plane of the drawing in Fig. 1.

Die Fassung 2 weist ferner ein Paar flexibler Lamellen 3 und 4 auf. Diese Lamellen, die in einer zur Ebene Q gehörenden Richtung flexibel und in allen anderen Richtungen steif sein müssen, haben vorzugsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, und ihre Längsachsen A-4 und A-5 liegen in der Ebene Q, die durch die Platte der Fassung 2 definiert wird. Die Lamellen verlaufen ausgehend von der Basis 1 in der Weise, dass ihre Achsen A4 und A5 in einem Punkt C des Raums zusammenlaufen, der im folgenden Schwenkmittelpunkt C genannt wird.The frame 2 also has a pair of flexible blades 3 and 4. These blades, which must be flexible in a direction belonging to the plane Q and rigid in all other directions, preferably have a rectangular or square cross-section and their longitudinal axes A-4 and A-5 lie in the plane Q defined by the plate of the frame 2. The blades extend from the base 1 in such a way that their axes A4 and A5 converge at a point C in space, which will hereinafter be called the pivot center C.

Die Fassung 2 weist ferner einen Verbindungsabschnitt 5 auf, der die Abstützmittel bildet. Bei der dargestellten Ausführungsform verbindet dieser Verbindungsabschnitt die Enden der Lamellen 3 und 4 miteinander. Seine Form ist nicht bestimmend. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat er einen gekrümmten Außenrand.The socket 2 also has a connecting section 5 which forms the supporting means. In the embodiment shown, this connecting section connects the ends of the slats 3 and 4 to one another. Its shape is not decisive. In the embodiment shown, it has a curved outer edge.

Dieser Verbindungsabschnitt 5 bildet Abstützmittel in dem Sinne, dass er einen Ansatz 6 aufweist, an dem ein ebener Spiegel 2 angebracht ist.This connecting section 5 forms support means in the sense that it has a lug 6 to which a flat mirror 2 is attached.

Es lässt sich somit beobachten, dass die flexiblen Lamellen 3 und 4, die Basis 1 und der Verbindungsabschnitt 5 zusammen ein Viereck definieren, dessen Ecken E1 bis E4 Punkte auf den Achsen der flexiblen Lamellen 3 und 4 sind. Im vorliegenden Fall haben die Lamellen gleiche Länge, und ihre Achsen schließen gleiche Winkel mit der die Ecken E1, E2 bzw. E3, E4 verbindenden Seite des Vierecks ein. Aus diesem Grund ist das Viereck E1 E4 ein gleichschenkeliges Trapez mit einer Symmetrieachse C-C'.It can thus be observed that the flexible slats 3 and 4, the base 1 and the connecting section 5 together define a quadrilateral whose vertices E1 to E4 are points on the axes of the flexible slats 3 and 4. In the present case, the slats have the same length and their axes enclose equal angles with the side of the quadrilateral connecting the vertices E1, E2 and E3, E4 respectively. For this reason, the quadrilateral E1 E4 is an isosceles trapezoid with an axis of symmetry C-C'.

Der Ansatz 6 verläuft zwischen den Lamellen 3 und 4 ausgehend von dem Verbindungsabschnitt 5 in Richtung der Basis 1, und der ebene Spiegel 7 verläuft senkrecht zu der Ebene Q der Fassung 2. Er ist um 45º bezüglich der Symmetrieachse C-C' geneigt, wobei sein optischer Mittelpunkt mit C" bezeichnet ist. Der Spiegel 7 verläuft außerhalb der allgemeinen Ebene Q der Fassung 2 (d. h. in Richtung auf den die Fig. 1 betrachtenden Beobachter im dargestellten Ausführungsbeispiel). Im übrigen ist der Ansatz 6 mit einer mechanischen Verbindung LM integral ausgebildet, die durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 1 angedeutet ist. Diese mechanische Verbindung LM ist an einer Motorvorrichtung M angeschlossen, die den Ansatz 6 ziehen bzw. zurückstoßen und somit den Spiegel 7 in Richtung des Pfeils f verstellen kann. Die Verbindung LM kann eine Stange sein, oder vorzugsweise kann der Ansatz 6 eine metallische Scheibe aufweisen, die einem Magnetkreis zugeordnet ist, welcher mit einer Erregerspule versehen ist und in dessen Spalt die Scheibe durch Ändern des Spulenstroms Bewegungen ausführen kann, um den Ansatz 6 in Richtung des Pfeils f zu verstellen. Andere Motormittel können ebenfalls verwendet werden.The projection 6 extends between the blades 3 and 4 from the connecting portion 5 towards the base 1, and the plane mirror 7 extends perpendicular to the plane Q of the mount 2. It is inclined at 45º with respect to the axis of symmetry CC', its optical centre being indicated by C". The mirror 7 extends outside the general plane Q of the mount 2 (ie towards the observer looking at Fig. 1 in the embodiment shown). Furthermore, the projection 6 is integral with a mechanical link LM, which is indicated by a dot-dash line in Fig. 1. This mechanical link LM is connected to a motor device M which can pull or push back the projection 6 and thus adjust the mirror 7 in the direction of the arrow f. The link LM can be a rod, or preferably the projection 6 can be a metal Disc associated with a magnetic circuit provided with an excitation coil and in the gap of which the disc can perform movements by changing the coil current in order to adjust the projection 6 in the direction of arrow f. Other motor means may also be used.

Das Material und die Abmessungen der Fassung werden so gewählt, dass die Lamellen 3 und 4 eine höhere Steifigkeit in einer Richtung senkrecht zur Ebene Q haben, dagegen in der Ebene Q oder parallel zu dieser Ebene verformbar, gegebenenfalls elastisch verformbar, sind. Somit verschiebt eine Zug- oder Schubkraft, die von der Motorvorrichtung M in Richtung des Pfeils f auf den Ansatz 6 ausgeübt wird, den optischen Mittelpunkt C2' des Spiegels 7 auf einer kreisförmigen Kurve, deren Mittelpunkt der Schwenkmittelpunkt C ist. Wenn somit der Spiegel von der Lichtquelle S angestrahlt wird, trifft der Lichtstrahl F auf den Bereich R in der Pupille P auf, und dies unter einem veränderlichen Winkel, dessen Ausdehnung gleich dem Winkel α sein kann. Wie ersichtlich, ist der zentrale Einzelstrahl des Lichtstrahls bezüglich der Ebene der Fassung ganz wie der Mittelpunkt der Pupille P verschoben.The material and dimensions of the frame are chosen so that the slats 3 and 4 have a higher rigidity in a direction perpendicular to the plane Q, but are deformable, if necessary elastically deformable, in the plane Q or parallel to this plane. Thus, a pulling or pushing force exerted by the motor device M in the direction of the arrow f on the projection 6 shifts the optical center C2' of the mirror 7 on a circular curve, the center of which is the pivot center C. Thus, when the mirror is illuminated by the light source S, the light beam F strikes the area R in the pupil P, and this at a variable angle, the extent of which can be equal to the angle α. As can be seen, the central single beam of the light beam is shifted with respect to the plane of the frame in exactly the same way as the center of the pupil P.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fassung vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall einstückig gegossen oder gegebenenfalls maschinell durch Bearbeitung (beispielsweise mit Laser oder durch Elektroerosion) hergestellt. Indessen ist es auch vorstellbar, die Fassung aus vier getrennten Elementen (der Basis, dem Verbindungsabschnitt und den beiden Lamellen) zusammenzusetzen und Gelenke an den vier Ecken des Vierecks E1-E4 vorzusehen.In the embodiment shown in Fig. 1, the frame is preferably cast in one piece from plastic or metal or, if necessary, machined by machining (for example by laser or by electroerosion). However, it is also conceivable to assemble the frame from four separate elements (the base, the connecting section and the two slats) and to provide joints at the four corners of the square E1-E4.

Die Fig. 2 veranschaulicht die Theorie der Funktionsweise des Stellgliedes, wie es beschrieben wurde.Figure 2 illustrates the theory of operation of the actuator as described.

Der von der Lichtquelle S kommende einfallende Lichtstrahl F wird durch seinen zentralen Einzelstrahl dargestellt. Der Mittelpunkt C2' des Spiegels, der von dem zentralen Einzelstrahl ausgehend von der Lichtquelle S getroffen wird, hat einen Abstand Rpiv vom Schwenkmittelpunkt C, der auf einer gedachten Schwenkachse liegt, welche senkrecht zur Ebene Q der Fig. 2 verläuft.The incident light beam F coming from the light source S is represented by its central single beam. The center point C2' of the mirror, which is hit by the central single beam emanating from the light source S, has a distance Rpiv from the pivot center C, which lies on an imaginary pivot axis, which runs perpendicular to the plane Q of Fig. 2.

In der Zwischenstellung MA des Spiegels 7 trifft der zentrale Einzelstrahl des Lichtstrahls F auf den letzteren unter einem Winkel θo, der beispielsweise zu 45º gewählt wird. Somit wird der einfallende Einzelstrahl von dem Spiegel 7 so reflektiert, dass er mit diesem einen Winkel von 2θo = 90º einschließt. Somit beleuchtet er die Pupille P unter dem gleichen Winkel von 90º bezüglich der Ebene des Bereiches R.In the intermediate position MA of the mirror 7, the central single beam of the light beam F strikes the latter at an angle θo, which is chosen to be 45º, for example. Thus, the incident single beam is reflected by the mirror 7 in such a way that that it forms an angle of 2θo = 90º with the latter. Thus, it illuminates the pupil P at the same angle of 90º with respect to the plane of the region R.

Wenn der Spiegel von der Motorvorrichtung M (Fig. 1) in die Stellung MB unter einem Winkel -θ verstellt wird, der beispielsweise gleich der Hälfte des Winkels α ist, schließt er einen Winkel von θ&sub0;-θ mit dem einfallenden Einzelstrahl ein. Am Ausgang des Spiegels 7 schließt somit der austretende Einzelstrahl einen Winkel von 2θ&sub0;-2θ mit dem einfallenden Einzelstrahl ein.When the mirror is moved by the motor device M (Fig. 1) to the position MB at an angle -θ, which is for example equal to half the angle α, it forms an angle of θ0-θ with the incident single beam. At the output of the mirror 7, the emerging single beam thus forms an angle of 2θ0-2θ with the incident single beam.

Wenn man X den Punkt nennt, in dem sich der Mittelpunkt C" des Spiegels 7 in der Position MB befindet, stellt man fest, dass das Segment zwischen dem Mittelpunkt C" in der Position MA und dem Punkt X zwei Dreiecken gemeinsam ist, die einerseits von den Segmenten C2"C und XC, die zwischen sich den Schwenkwinkel θ des Spiegels '7 einschließen, und andererseits von den austretenden Strahlen für die Position MA und MB gebildet werden, wobei diese Strahlen zwischen sich einen Winkel von 180º - (180º - 2θ&sub0; + 2θ&sub0; - 2θ) = 2θ einschließen.If we call X the point where the centre C" of the mirror 7 is located in the position MB, we find that the segment between the centre C" in the position MA and the point X is common to two triangles formed on the one hand by the segments C2"C and XC which enclose between them the angle of tilt θ of the mirror '7, and on the other hand by the emerging rays for the positions MA and MB, these rays enclosing between them an angle of 180º - (180º - 2θ0 + 2θ0 - 2θ) = 2θ.

Hieraus folgt, dass bei kleinen Schwenkwinkeln des Spiegels 7 unabhängig von seiner Position für jede Position des Spiegels 7 zwischen den Positionen MB und Mc die austretenden zentralen Einzelstrahlen sämtlich durch einen einzigen Punkt laufen, der einen Abstand vom Mittelpunkt des Spiegels hat, welcher gleich der Hälfte des Schwenkstrahls C-C" ist. Es genügt somit, diesen Punkt mit dem Mittelpunkt der Pupille P zusammenfallen zu lassen, um die gewünschte Wirkung zu erreichen.It follows from this that, for small pivoting angles of the mirror 7, regardless of its position, for each position of the mirror 7 between the positions MB and Mc, the emerging central individual rays all pass through a single point which is at a distance from the center of the mirror equal to half of the pivoting beam C-C". It is therefore sufficient to make this point coincide with the center of the pupil P in order to achieve the desired effect.

Die Fig. 3 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht ein Stellglied gemäß der Erfindung in der derzeit bevorzugten Ausführungsform.Fig. 3 shows a schematic perspective view of an actuator according to the invention in the currently preferred embodiment.

In diesem Fall umfasst das Stellglied eine Fassung 11, ebenfalls in Form einer einer Basis 1 zugeordneten Scheibe, einen Verbindungsabschnitt 5 und zwei seitliche flexible Lamellen 3 und 4, wobei das Ganze die Form eines gleichschenkeligen Trapezes hat.In this case, the actuator comprises a housing 11, also in the form of a disc associated with a base 1, a connecting portion 5 and two lateral flexible blades 3 and 4, the whole having the shape of an isosceles trapezoid.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Fassung 11 zum Abstützen des Spiegels 7 jedoch keinen unmittelbar am Verbindungsabschnitt S befestigten Ansatz, sondern einen Ansatz 12, der von einem zweiten Verbindungsabschnitt 13 ausgeht, welcher seinerseits mit dem Verbindungsabschnitt 5 über ein Paar zweiter flexibler Lamellen 14 und 15 verbunden ist.In contrast to the embodiment shown in Fig. 1, the mount 11 for supporting the mirror 7 does not comprise a projection directly attached to the connecting section S, but rather a projection 12 which extends from a second connecting section 13, which in turn is connected to the connecting section 5 via a pair of second flexible slats 14 and 15.

Diese zweiten flexiblen Lamellen 14 und 15 befinden sich in der Ebene der Fassung 11 und sind so ausgerichtet, dass sie mit den Enden ihrer Achsen ein Viereck Ea1 bis Ea4 definieren, wobei die Achsen einen Schnittpunkt haben, der mit dem Schnittpunkt C der Achsen der ersten Lamellen 3 und 4 zusammenfällt (siehe insbesondere die Fig. 5). Wie ersichtlich, sind bei dieser Ausführungsform die beiden Vierecke E1 bis E4 und Ea1 bis Ea4 gleichschenkelige Trapeze.These second flexible blades 14 and 15 are located in the plane of the frame 11 and are oriented so that they define a quadrilateral Ea1 to Ea4 at the ends of their axes, the axes having an intersection point that coincides with the intersection point C of the axes of the first blades 3 and 4 (see in particular Fig. 5). As can be seen, in this embodiment the two quadrilaterals E1 to E4 and Ea1 to Ea4 are isosceles trapezoids.

Das Funktionsprinzip dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist analog derjenigen der ersten Ausführungsform. Sie hat den Vorteil, dass sie einen größeren Winkelweg des Spiegels 7 ermöglicht und die Verformungen der Verstellung aufgrund der Verformung der flexiblen Lamellen 3, 4, 14 und 15 reduziert.The operating principle of this second embodiment of the invention is analogous to that of the first embodiment. It has the advantage of allowing a larger angular travel of the mirror 7 and reducing the deformations of the adjustment due to the deformation of the flexible blades 3, 4, 14 and 15.

Im Fall der Fig. 3 wird die Antriebskraft der Motorvorrichtung M auf den Verbindungsabschnitt 13 ausgeübt.In the case of Fig. 3, the driving force of the motor device M is exerted on the connecting portion 13.

Die Fig. 4 und 5 greifen in vereinfachten Darstellungen die Konstruktion der Stellglieder gemäß den Fig. 1 und 3 wieder auf. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, kann der Spiegel 7 an einem Abstützblock 16 angebracht werden, der an dem Ansatz 6 befestigt ist, eine Anordnung, die in der Variante der Fig. 5 wieder aufgegriffen werden kann. Diese Konstruktion ermöglicht eine Montage des Spiegels 7 oberhalb der Fassung 2 (oder der Fassung 11), was die Führung des Lichtstrahls F erleichtern kann, wobei der Bereich R, in dem sich die Pupille P befindet, freigehalten wird.Fig. 4 and 5 show simplified representations of the design of the actuators according to Fig. 1 and 3. As can be seen in Fig. 4, the mirror 7 can be mounted on a support block 16 which is fixed to the projection 6, an arrangement which can be used again in the variant of Fig. 5. This design allows the mirror 7 to be mounted above the mount 2 (or the mount 11), which can facilitate the guidance of the light beam F, keeping the area R in which the pupil P is located free.

Die Fig. 4 zeigt ebenfalls in übertriebener Weise durch strichpunktierte Linien die Verformung der flexiblen Lamellen während der Steuerung der Motormittel M (in diesem Fall nach rechts).Fig. 4 also shows in an exaggerated manner by dot-dash lines the deformation of the flexible blades during the control of the motor means M (in this case to the right).

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So könnte man als Mittel zum Lenken des Lichtstrahls F eine Lichtführung wie eine Lichtleitfaser verwenden, die einer konvergenten Linse zugeordnet ist (siehe Fig. 6). Das eine Ende dieser Lichtführung ist an der Lichtquelle S angeschlossen, während ihr anderes Ende, ausgerichtet zu der konvergenten Linse L, an den Abstützmitteln 6 oder 12 angebracht ist. Die Richtung der optischen Achse, die durch dieses andere Ende und die Linse definiert wird, verläuft durch den Schnittpunkt C der flexiblen Lamellen. In diesem Fall entspricht der Schnittpunkt bzw. Drehmittelpunkt C der Lenkmittel dem Mittelpunkt der Pupille P. Die Fig. 6 zeigt in schematischer Weise derartige Lenkmittel, wo lediglich der Ansatz 6, 12, eine Faser F, eine Linse L, eine Lichtquelle S und die Pupille P dargestellt sind.The invention is not limited to the embodiments described above. Thus, as a means for directing the light beam F, one could use a light guide such as an optical fiber associated with a convergent lens (see Fig. 6). One end of this light guide is connected to the light source S, while its other end, aligned with the convergent lens L, is attached to the support means 6 or 12. The direction of the optical axis defined by this other end and the lens passes through the intersection point C of the flexible blades. In this case, the intersection point or center of rotation C of the directing means corresponds to the center of the pupil P. Fig. 6 shows schematically such steering means, where only the attachment 6, 12, a fiber F, a lens L, a light source S and the pupil P are shown.

Eine andere Variante der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt; diese veranschaulicht ein Stellglied mit einer doppelten Fassung, die mittels vier flexibler Lamellen 3, 4, 33 und 44 verwirklicht ist, welche relativ zueinander längs der Kanten einer kegelstumpfförmigen Pyramide mit quadratischer Grundfläche ausgerichtet sind. Dieses Stellglied ermöglicht eine Verstellung der Lenkvorrichtung, die einer Lichtleitfaser 7 und einer konvergenten Linse L zugeordnet ist, auf einem Kugelabschnitt. Die Lenkmittel können zwei Motoren (nicht gezeigt) zugeordnet werden, welche auf den Abschnitt 5 längs zweier senkrechten Richtungen einwirken. Auch hier fällt der Drehmittelpunkt C der Lenkmittel mit dem Mittelpunkt der Pupille P zusammen.Another variant of the invention is shown in Fig. 7; this illustrates an actuator with a double frame, made by means of four flexible blades 3, 4, 33 and 44, which are aligned relative to one another along the edges of a frustoconical pyramid with a square base. This actuator allows adjustment of the steering device associated with an optical fiber 7 and a convergent lens L on a spherical section. The steering means can be associated with two motors (not shown) which act on the section 5 along two perpendicular directions. Here too, the center of rotation C of the steering means coincides with the center of the pupil P.

Claims

1. Actuator for directing a light beam (F) coming from a light source (S) onto a pupil (P) arranged in a predetermined area (R) of space at a variable angle of incidence (α), with:

- a fixed base (1)

- support means (5, 6) which are movably mounted with respect to said base (1),

- optical means (7) for directing the light beam, which are arranged on the path of the same between the light source (S) and the pupil (P) and are carried by the support means (5, 6), and

- motor means (M) connected to the support means (5, 6) for adjusting the latter in a controlled manner,

characterized,

that the base (1) and the movable support means (5, 6) are connected to one another by means of at least one pair of flexible blades (4, 3) which together form a substantially flat frame (2; 11) defining a general plane (Q),

that the flexible blades (4, 3) of said pair are aligned with two axes (A4, A5) which converge from the base (1) at an intersection point (C) arranged in said plane (Q), the blades being connected to the support means (5, 6) at two corresponding intermediate points between the base and the intersection point (C) of said axes, and

that the steering means (7) are designed such that they deflect the light beam (F) by adjusting the support means (5, 6) in a variable manner into a plane parallel to the plane (Q) of the mount (2; 11).

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the pair of slats (3, 4) with the base (1) and the support means (S. 6) defines a quadrilateral (E1 to E4) in the general plane (Q) of the socket (2; 11).

3. Actuator according to claim 2, characterized in that the quadrilateral (E1 to E4) is a trapezoid.

4. Actuator according to claim 3, characterized in that the trapezoid (E1 to E4) is isosceles.

5. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the optical steering means comprise a mirror (7) mounted on the frame (2; 11) carried by the support means (5, 6) and oriented in a plane perpendicular to the general plane (Q) of the frame (2; 11).

6. Actuator according to claim 5, characterized in that the support means have a connecting portion (5) which connects the two ends (E3, E4) of the slats (3, 4) to one another, and in that the mirror (7) is attached to a projection (6) which is formed integrally with the connecting portion (5) and extends between the slats (3, 4) in the direction of the base (1).

7. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the blades (3, 4) form a first pair of blades and that it further comprises a pair of second flexible blades (14, 15) which are also arranged in the plane of the frame (11) and whose axes pass through the intersection point (C) of the first flexible blades (3, 4), these second blades (14, 15) being connected to the support means (5) and extending from them towards the base (1), where they are connected to one another by a movable cross-member (13) to which the optical steering means (7) and the motor means (M) are integrally connected.

8. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optical steering means comprise a light guide such as an optical fiber, one end of which is connected to the light source (S) and the other end of which is fixed to the support means in alignment with a convergent lens (L), and in that the other end of the light guide and the lens define an optical axis which is arranged in the plane of the mount in such a way that it is aligned with the pupil.

9. Actuator for directing a light beam (F) coming from a light source (S) onto a pupil (P) arranged in a predetermined area (R) of space at a variable angle of incidence (α), with:

- a fixed base (1),

- support means (5) which are movably mounted with respect to said base (1),

- motor means (M) connected to the support means (5) for adjusting the latter in a controlled manner,

characterized in that:

the base (1) and the movable support means (5) are connected to one another by means of four flexible slats (4, 3, 33, 44) aligned along four axes arranged on the side edges of a pyramid with a square base, at the top of which the pupil (P) is arranged, the slats being connected to the support means (5) at four corresponding intermediate points between the base and the top of the pyramid, and

that it has:

optical directing means comprising a light guide such as an optical fibre, one end of which is connected to the light source (S) and the other end of which is fixed to the support means aligned with a convergent lens (L), said other end of the light guide and the lens defining an optical axis arranged in the plane of the mount aligned with the pupil, such that the directing means are adjustable along a spherical section.